TPE 2002/2003 Voiture télécommandée

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1 TPE 00/003 Voiture télécommandée Sebastien Chapenoire Nicolas Viennot

2 ::Le sommaire Le TPE Dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés 00/003, qui ont débuté au début du mois d octobre 00 et ce sont achevés à la fin du mois de janvier 003, nous avons réalisé une voiture télécommandée par ordinateur. Cette idée nous est venu au départ car nous sommes passionnés par la robotique, l électronique, l informatique et tous les domaines se rattachant autour de cela. Nous avons au cours de ces quatre mois conçu et créé en totalité un engin piloté par ordinateur. Nous avons essayé le mieux possible de réaliser un véhicule voué à l exploration, c est pourquoi la voiture est équipée d une transmission radio AM afin de pouvoir disposer d un rayon de manœuvre suffisant. Elle est aussi dotée d une vitesse relativement importante de 30 km/h, de suspensions dans l optique d explorer de multiples terrains et d une bonne autonomie de fonctionnement. Un gros travail de recherche a été obligatoire afin d acquérir les divers connaissances que...:: Introduction ::......:: Le sommaire ::... nous avons utilisé pour mener le projet à son terme avant même de commencer la conception des différentes parties de la voiture. Cette dernière s est étalée sur environ trois mois et il fut difficile de s organiser afin d optimiser le mieux possible le temps qui nous a été imparti. Nous avons perdu de précieuses heures dans beaucoup de domaines concernant la conception car il est difficile de cerner rapidement le travail à réaliser et les solutions techniques que nous avons utilisé, tant elles sont divers. La conception s est scindée en trois partie : la partie mécanique, la partie électronique et enfin la programmation. Une fois cela suffisamment entamé, nous avons pu commencer la réalisation de la voiture. Cette partie comprend l usinage des pièces mécaniques, la création des cartes électroniques et celle des programmes informatiques. La dernière étape fut l imposante partie de tests afin de coordonner la mécanique, la transmission radio, l électronique et la programmation. La Mécanique...:: L approche théorique ::... 4 Principe 4 Calculs du rapport de reduction 4...:: La conception et la réalisation ::... 5 Le chassis 5 La partie avant du chassis 5 La partie arriere du chassis 5 La partie moteur 6 Piece 6 Piece 7 Les axes 7 La plaque arriere 8 La partie avant 8 Le pivot 9 Le plateau 9 Attache d amortisseur 9 Le guide en translation 0 La plaque avant 0 L Electronique...:: Introduction ::......:: Le microcontrôleur ::... La base du montage Le choix du microcontroleur Le PIC6F876...:: Le programmateur ::... 3 Le programmateur standard 3 Le programmateur alternatif 3 Explications du schema 4...:: La télécommande ::... 5 Description de la transmission 5 Description des composants 5...:: La voiture ::... 6 Description de l environnement 6 Etude de la partie puissance 6 Etude de la partie logique 7...:: Les circuits électroniques ::... 9 Fonctionnement de Protel 9 Les modules Aurel sur un PCB 9 Le routage 9 Les nappes d interconnection La programmation...:: Introduction :: :: Le PIC6F876 ::... 3 Les ports 3 L horloge 3 Les registres fondamentaux 3 Presentation des projets 3 Les instructions 4 La RAM 5 La pile d appels 7 Les interruptions 7 Les modules 7...:: Le programmateur de PIC ::... 3 Introduction 3 La programmation des PICs 3 Les protocoles 3 Le logiciel PC 3 Le code source (PIC) 33 Le code source (PC) 43 Main.cpp 43 Hex.h 46 Hex.cpp 47 Com.h 49 Com.cpp 49 Pic.h 5 Pic.cpp 53...:: La voiture :: Introduction 57 L alimentation des moteurs 57 Les capteurs de vitesse 57 Les freins 57 La transmission 58 CRC.h 58 main.c 58 Le logiciel PC 63 Main.cpp 64 Perf.h 70 Perf.ccp 70 Module.h 7 Module.cpp 73 Com.h 75 Com.cpp 75 Engine.h 78 Engine.cpp 78 Fps.h 79 Fps.cpp 79 Graph.h 80 Graph.cpp 8 Input.h 84 Input.cpp 84 Recorder.h 85 Recorder.cpp 86 Speed.h 89 Speed.cpp 89 Stats.h 90 Stats.cpp 90 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

3 La mécanique Sebastien Chapenoire

4 La Mécanique ::L approche théorique...:: L approche théorique ::... Principe Le premier travail auquel nous nous sommes attachés a été d établir les différentes fonctions que devait remplir la voiture au niveau mécanique, dont voici la description. Nous avons prévu au départ que la voiture ait une vitesse maximale de 30 km/h. Nous avons donc essayé de nous en rapprocher le plus possible aux moyens des éléments déjà existant dans le commerce, c est à dire les moteurs, les pignons et les roues dentées. Cette vitesse est à notre avis relativement acceptable car elle permet de nombreuses performances très correctes étant données les solutions techniques retenues. Nous pensons en effet qu il est déjà compliqué de faire avancer très précisément un tel engin, c est pourquoi nous avons trouvé ce compromis. Certes il existe beaucoup de voitures électriques modèle-réduit ayant des vitesses bien UN moteur GZ-600 BB supérieures, mais il s agit pour notre projet d un prototype et nous préférons créer entièrement la voiture, plutôt que de récupérer des éléments tels qu une plate-forme de modélisme, un châssis déjà fabriqué, et ainsi ne faire que modifier un engin déjà existant. Rentrons maintenant plus en détails dans les solutions techniques du projet. Nous avons opté pour une propulsion de la voiture et pour un contrôle de la direction par différentiel, c est à dire par modification du rapport cyclique des deux moteurs à courant continu, ou plus simplement en faisant varier la vitesse d une des roues par rapport à l autre, forçant ainsi le véhicule à tourner. C est le principe que l on peut retrouver sur de nombreux engins de chantier à chenilles. Ainsi la voiture pourra pivoter sur elle-même autant en marche avant qu en marche arrière en faisant tourner les roues arrières en sens contraire l une par rapport à l autre. Cette solution technique a été préférée au banal système de direction que l on retrouve sur toutes les voitures, c est à dire une crémaillère ainsi qu un système de tringlerie, qui réduit le champ des manœuvres en raison du rayon de braquage. De plus ce type de direction une crémaillière requiert l ajout d un servo moteur, élément assez onéreux pour l utilisation qui en est faite dans notre projet. Ayant choisit ce type de motorisation, il était donc obligatoire de penser à créer un système destiné à permettre la rotation des roues avant sans difficulté, puisqu elles ne sont pas motorisées, ce qui sera décrit ultérieurement dans le dossier. Autre élément important à prendre en compte, le véhicule est entièrement suspendu au moyen de quatre amortisseurs à pression d huile équipant chacun une roue de la voiture, et relié au châssis grâce à une pièce usinée, détaillée plus tard dans la partie mécanique. Cependant la partie moteur est dite non suspendue, c est à dire qu elle décrit les mêmes trajectoires que les amortisseurs, ce qui peut paraître contraire aux principes mécaniques qui conseillent d avoir le moins possible de masse non suspendue dans un ouvrage tel que le nôtre. Nous aurions pu suivre ces conseils, mais il aurait fallu pour cela utiliser une transmission à cardan ce qui impose une conception un peu plus complexe et des pertes énergétiques par frottements supplémentaires. On peut considérer que dans notre cas, compte un amortisseur tenu du poids de la batterie, la masse non suspendue de la partie motrice est faible, donc relativement négligeable. Nous voulons aussi disposer d une bonne autonomie de fonctionnement, c est pourquoi la voiture est équipée d une batterie au plomb gélifié d un poids de,8 kg, ce qui représente une masse importante pour la taille du véhicule. C est l élément le plus volumineux, il a donc été préférable de la placer judicieusement, ce qui sera précisé plus loin dans le dossier. Les parties Sealant Negative Plate Electrolyte Retentive Separator Positive Plate Terminals Relief Valve Top Cover Cover Container l impostante batterie usinées de la voiture sont quasiment toutes réalisées en aluminium, mise à part la carrosserie qui sera faite en résine transparente et les axes qui sont en acier pour une meilleure solidité. Calculs du rapport de reduction Les roues montées sur la partie moteur de la voiture ont un rayon de 37,5mm. On dispose de moteurs à courant continu les roues à denture droite ayant une vitesse maximale de rotation nominale de 3000 tr/min et un couple moteur de 4,5N.cm. La vitesse maximale à atteindre est de 30 km/h ( = 8,33 m/s). Le périmètre de la roue est P = 35,6 mm. Donc sans réducteur, la vitesse maximale est V = 3000 x 35,6 / 60 = 5,04 m/s. Cette vitesse est bien évi- La courbe de charge du GZ-600 BB 4 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

5 ::L approche théorique La Mécanique demment trop grande et le couple développé par les moteurs est bien trop faible, c est la raison pour laquelle il faut un réducteur afin tout d abord de réduire la vitesse et d augmenter le couple. On peut calculer le rapport de réduction dont on a besoin : r = 5,04 / 8,33 = 6,. Il faut donc un système réduisant la vitesse d environ six fois. Pour cela, nous avons sélectionné deux roues dentées afin de réaliser ce réducteur : une roue de dents et une roue de 7 dents. On peut vérifier la conformité de ce choix avec la formule : R = - x /7 = -/6. Ce résultat signifie que la fréquence de rotation est divisée par six et que le sens de rotation à la sortie du réducteur est inversé par rapport à celui de l axe du moteur. Au niveau de l augmentation du couple, la raison (rapport de réduction) étant de -/6, le couple devrait en théorie être multiplié par six. Cependant, en raison des pertes dues aux divers frottements, l augmentation est en moyenne multipliée par 0,75. Donc k = 0,75 x 6 = 4,5. Le couple moteur nominal est de 4,5 N.cm, donc théoriquement, le couple exercé sur la roue est C = 4,5 x 4,5 = 9,N.cm. Puis on peut calculer le couple afin de savoir si ce rapport correspond bien à notre demande. On fixe le temps d accélération pour atteindre les 30 km/h en 5 secondes. Donc l accélération est de ф = 8,33 / 5 =,66m/s². Grâce au théorème du centre d inertie, on peut déterminer la force appliquée à la roue. Ainsi F = m x ф, m étant la masse du véhicule. Nous l avons évalué à 3,5kg. Ainsi, F = 3,5 x,66 = 5,8N. Grâce à cette valeur, on peut désormais déterminer le couple exercé. C est en réalité le moment de la force F, c est pourquoi il faut utiliser le rayon de la roue. C = F x R = 5,8 x 0,0375 = N.cm, ce calcul est valable pour une roue, donc avec les deux roues, on obtient un couple de 40N.cm. Ainsi, on assure la possibilité de monter des pentes sans problèmes. De toutes les manières, les valeurs utilisées dans calculs précédents ne sont pas définitives car il va s en suivre une grosse partie de tests qui fixera ces résultats définitivement. Sur la courbe caractéristique du moteur, on voit que le couple maximal fournit peut dépasser la valeur nominale donc les tests nous promettent de bien belles surprises....:: La conception et la réalisation ::... Toutes les pièces usinées du véhicule ont été au préalable conçues sur papier, puis elles ont été dessinées sur le logiciel SolidWorks 00. Tous les dessins et les vues en perspective inclus dans ce dossier proviennent de ce logiciel. Le chassis Nous avons choisi après plusieurs semaines de réflexions de réaliser un châssis ressemblant à celui d un véhicule deux roues, c est à dire basé sur une forme triangulaire, pour plus de solidité. Les fixations qui engendrent des problèmes de solidité sont ainsi réduites ainsi que le nombre de pièces, contrairement à la solution envisagée ci-après, dans laquelle nous avions conçu un châssis très simple basé sur une plate-forme où venait se greffer une armature permettant la fixation d autres éléments. Le châssis est réalisé entièrement en aluminium à partie de plaques de 3 mm d épaisseur. Il se compose de différentes parties fixées entre elles au moyen d un système vis/ écrou indesserrables, dans l optique de résister aux vibrations lors du déplacement de la voiture. Les écrous sont équipés pour cela d un anneau de Nylon (Nylstop) qui permet d empêcher le desserrage des pièces. On a préféré cette solution à la place de rivet pop car on aura certainement besoin de changer ou de modifier certaines pièces en vue de futures améliorations et donc de démonter le châssis. Les plaques ont été découpées, évidées à des endroits précis pour créer les logements de certains composants, puis pliées. Des perçages ont été réalisés afin de permettre la fixation des différents éléments qui viendront composer la voiture. La partie avant du châssis La partie avant du chassis Elle est donc entièrement réalisée en aluminium, matériau léger, facile à travailler et relativement solide. Elle est fabriquée en plusieurs étapes. D abord vient le découpage à la forme voulue, puis viennent les évidements pour la batterie et le pliage. Il y a trois traits de pliages. Les trous réalisés ont un diamètre de 3 mm. La batterie est soutenue dans son logement grâce à deux barres d aluminium de 3 mm d épaisseur et de 0 mm de largeur, coudées à 90, et pliées à une des extrémités afin de permettre la fixation par deux plans parallèles. On peut remarquer que le logement de la batterie est situé le plus au centre et le plus bas possible afin d abaisser au maximum le centre de gravité du véhicule dans l optique de réduire le déséquilibre et l inertie de la voiture lors de changements de direction. La partie arriere du chassis Cette partie vient se rattacher à la partie avant du châssis par l intermédiaire de deux pattes de fixation situées à l arrière de la partie avant. Un évidement est placé au centre de la pièce afin de permettre le positionnement des moteurs ainsi que leur déplacement dû au débattement des amortisseurs. La pièce a été ensuite pliée à une des extrémités et sur toute sa largeur afin de pouvoir positionner et fixer les attaches d amortisseurs. La partie arrière du châssis TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 5

6 La Mécanique ::La conception La partie moteur La partie moteur est composée de deux entités identiques. Elles sont chacune composées d un moteur fonctionnant par différentiel l un par rapport à l autre fixé à des pièces entièrement similaires. Toutes les pièces de la partie moteur sont donc en double exemplaires dans la voiture. Il faut de plus accorder une précision plus particulière à tous ces éléments afin de respecter une parfaite symétrie au niveau de la partie motrice. En raison des performances que doit posséder la voiture, nous avons dû réduire la vitesse et augmenter le couple, et donc dû créer un réducteur (voir plus haut dans la partie calcul), ainsi qu un renvoi d angle afin de gagner de la place. C est pourquoi il a fallu concevoir une première pièce pouvant permettre la fixation du moteur ainsi que celle du pignon de dents et de la roue dentée de 7 dents l arrière de la voiture 3 Piece Cette pièce est au départ un parallélépipède en aluminium, puis nous avons usiné la pièce afin de créer une forme en L, tout d abord pour alléger la pièce, et ensuite pour permettre la mise en position du moteur grâce à un premier alésage ne demandant pas une grande précision contrairement au second destiné à contenir un roulement à billes. Voici donc quelques calculs permettant de concevoir B la pièce. Nous disposons de roues dentées de module 0,8. Afin de déterminer l entre-axe des deux engrenages, il faut donc calculer leur diamètre primitif respectif, car deux roues à denture droite utilisées dans n importe quel système B-B B ont en permanence un point de contact qui est La pièce le point de tangence de 0 les dimentions de La pièce leur diamètre primitif. On peut déterminer cela grâce à la formule suivante : d = m x Z, m étant le module et Z le nombre de dents. On obtient donc d() = 0,8 x = 9,6 mm et d(7) = 0,8 x 7 = 57,6 mm. Pour connaître l entre-axe, il suffit maintenant de faire l opération suivante : D= [d() + d(7)] / = [9,6 + 57,6] / = 33,6 mm. Ayant ainsi déterminé l entre-axe, il a fallut créer les deux alésages de 3 mm de diamètre ayant un entre-axe de 33,6 mm. En réalité l alésage devant contenir le roulement, a un diamètre inférieur TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

7 ::La conception La Mécanique à celui du roulement qui est précisément de,98 mm. Cette opération fut réalisée en quatre étapes : un alésage avec un foret de mm de diamètre. Un second avec un foret de 6 mm. Un troisième avec un foret de,8 mm. La finition a été réalisée à la main à l aide d une lime. Au final, l alésage approche les,93 mm. La précision pour ce genre de manœuvre n est pas rigoureuse car nous travaillons avec des éléments de petites tailles de l ordre de 0 ou 0 mm et un outil tel qu un foret a toujours une certaine flexibilité, cela créé donc une imprécision lors de l usinage. L opération suivante consiste en l insertion du roulement à billes de diamètre extérieur de 3 mm en serrage. Le serrage le plus approprié pour ce type de roulement se situe entre 5 et 0 centièmes de millimètres. Le roulement est monté serré dans la pièce pour plus de facilité de montage des pièces entre elles. On aurait pu les laisser libre dans la pièce et réaliser le serrage grâce à de la colle araldite, dite colle des roulements à billes Loctite, mais cette solution est moins dans l esprit mécanique, c est en quelque sorte une solution de secours. On a rajouté à la pièce quatre alésages de 3 mm de diamètre lui permettant d être fixée plus tard sur un support d assemblage réunissant toutes les pièces de la partie motrice. un pignon à denture droite Piece La seconde pièce qu il a fallu réaliser devait contenir les pignons coniques du renvoi d angle. Elle est aussi réalisée en double exemplaires. Les deux pièces sont équipées de roulements à billes afin de réduire les pertes mécaniques créées par les frottements des différents éléments de transmission. Le matériau utilisé pour la fabrication de la pièce est l aluminium. Différentes opérations y ont été effectuées. Elle a tout d abord été usinée en forme de U, puis elle a été alésée afin d y intégrer trois roulements à billes identiques à celui inséré dans la pièce précédente. Nous avions, avant d adopter ce schéma de pièce, fixé notre attention sur le même système mais composé de trois pièces identiques en forme de L, assemblées sur une plaque d aluminium percée de plusieurs trous de fixation. Mais cette méthode s est avérée moins performante car il fallait fixer les trois pièces très précisément et le nombre d entités fabriquées passait à six alors que deux suffissent pour la solution définitive. Les roulements sont au nombre de trois : le premier est utilisé pour soutenir d un coté, l arbre provenant de la pièce contenant les deux roues à denture droite et de l autre, le premier pignon conique du renvoi l interieur d un roulement l engrenage conique d angle. Quant aux deux autres roulements, ils sont utilisés pour soutenir le second pignon conique de part et d autre de la pièce par l intermédiaire de l axe relié à la roue arrière. Nous aurions pu réaliser ce système à l aide d un unique roulement, mais il aurait le pignon conique fallu pour cela un roulement à double rangées de billes pour un meilleur maintien dans l axe de la roue. Mais le coût de cet élément et sa rareté car il est de petite A taille, nous ont forcé à choisir une solution technique à deux roulements. La technique utilisée pour les différents alésages est la même que pour la pièce précédente, c est à dire que nous nous sommes servi d un foret de,8 mm. Cependant, il a fallu respecter avec grand soin les spécifications techniques de ces pignons. Elles sont décrites dans le document ci-joint où la principale grandeur à respecter est E = mm, qui est la distance entre la base du pignon et le point de concours des droites confondues avec le diamètre primitif décrivant l inclinaison de la pièce en perspective l engrenage. Cette pièce a été usinée avec deux congés situés à la base de l usinage intérieur et nous avons gardé une épaisseur de 7 mm sur deux des côtés afin de rigidifier cette partie, car elle subit de nombreux efforts en raison de la proximité de la roue et de la suspension. Les axes Deux autres éléments viennent compléter les deux pièces décrites précédemment, ce sont deux arbres de 6 mm de diamètre. Le premier est destiné à relier la pièce supportant le moteur et les roues à denture droite, à l autre pièce contenant les deux pignons coniques. Cet axe fait 37 mm de longueur. Il 7 48 A-A A R5 5 la pièce l axe de la roue arrière TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 7

8 La Mécanique ::La conception traverse l engrenage de 7 dents, ainsi que deux roulements appartenant chacun à une pièce, puis il vient enfin s emmancher sur le premier pignon conique. La mise en position des engrenages se fait grâce aux surfaces cylindriques et le maintien en position est réalisé au moyen de goupilles fendues traversant l engrenage et l axe. Un outil spécial a été fabriqué pour cette opération. Il permet d aléser en même temps l élément de transmission et l axe ce qui améliore considérablement la précision de ce perçage. Quant à la roue dentée de dents est maintenu en position en serrage car le diamètre de son alésage intérieur est de 3 mm et celui de l arbre moteur est de 3,7 mm. Il y a donc 7 centièmes de serrage. Le second arbre est destiné à transmettre le mouvement de rotation du second pignon conique à la roue arrière. L arbre traverse deux roulement à billes situés sur une même pièce ainsi que le deuxième pignon. Il fait 9 mm de longueur. Les moyens utilisés pour le maintien en position des éléments sont les mêmes que précédemment, c est à dire la goupille fendue. La fixation de la roue sur l axe est faite au moyen un ecrou nylstop d une tête de vis en H. En effet la jante dispose d un logement hexagonal sur sa face intérieure, c est pourquoi nous avons transformé une simple vis M8. Nous l avons alésé d un trou de 6 mm de diamètre puis nous avons surfacé les deux faces afin qu il puisse se loger dans la jante sans difficultés. La pièce a été ensuite emmanchée en force sur l arbre. En réalité le diamètre de l arbre est légèrement inférieur à 6 mm, il fait précisément 5,98 mm, il a donc fallu réaliser un alésage s approchant de 5,93mm pour la tête de vis M8. La dernière opération consista à fileter une extrémité de cet arbre sur 9 mm de longueur afin que la jante puisse être immobilisée entre la pièce hexagonale et l écrou venant sur le filetage. L écrou de serrage est un écrou indesserrable Nylstop de dimension M4. La plaque arriere Dans le but d assembler tous ces éléments, nous avons conçu autre une pièce très simple. Il s agit d une tôle de 3 mm d épaisseur pliée à une extrémité et percée à plusieurs endroits. La raison du pliage sera détaillée plus tard lorsque l assemblage du châssis et de la partie moteur sera détaillée. La plaque est dotée de six trous de 3 mm de diamètre. Quatre d entre eux sont réservés pour la fixation du support de moteur et des engrenages à denture droite, et les deux autres servent au placement de la fixation des amortisseurs. Un évidement a une roue La plaque arrière en perspective été réalisé dans la pièce pour créer un logement à la roue de 7 dents afin d éviter une collision avec la plaque compte tenu de sa grande taille. Cet élément étant la base de la partie motrice, la plaque est reliée au châssis, d un coté par la suspension, et de l autre par deux pattes jouant le rôle d une liaison pivot. Ces deux dernières sont faites en acier ressort, matériau similaire aux lames de scie à métaux. Il est suffisamment solide et flexible pour supporter une trajectoire comme celle des suspensions. Une fois ces pièces conçues, il s agit de les assembler les unes aux autres. La fixation est réalisée avec des vis M3 et des écrous Nylstop. Le couple moteur est donc transmis de pièce en pièce : en voici l énumération. L arbre moteur, la roue de dents, la roue de 7 dents, la goupille, l arbre de 37 mm de longueur, la goupille, le premier pignon conique, le second pignon conique, la goupille 3, l axe de 9 mm de longueur, la tête de vis H, la jante et le pneu. 6 3 la plaque arrière assemblage partie moteur La partie avant La partie avant du véhicule est composée des roues et des suspensions. Le système que nous avons conçu permet aux roues avant de pivoter sur elles-mêmes comme des roues de chariot. Cette solution est de rigueur dans le projet car la direction est réalisée par différentiel, et si on ne laissait aucune liberté de mouvement aux roues avant, nous serions confrontés à des frottements et, à plus long terme, à des problèmes mécaniques tels que la détérioration de certaines pièces à cause d axes faussés. Dans ce but, nous avons 8 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

9 ::La conception La Mécanique 34, La chape de la roue avant du créer une pièce contenant la roue et pouvant pivoter. C est une sorte de chape qui contient la roue avant et son axe. Elle est aussi en aluminium et nous l avons usiné en forme de U afin de créer un logement pour la roue et pour un capteur de vitesse. Nous avons ensuite enlevé une partie de la pièce afin de la rendre plus esthétique, puis nous avons créé trois alésages : deux d entre eux sont destinés à contenir des roulements pour l axe de la roue, ils ont un diamètre de 9,98 mm. Le dernier alésage sert à faire pivoter la roue. La pièce est en effet assemblé avec un autre élément décrit ciaprès. Le trou fait 9,95 mm de diamètre. Le pivot La chape en perspective L élément destiné à être assemblé à la pièce précédente est un pion cylindrique. Il est muni d un épaulement dans l optique de le renforcer car c est lui qui assurera la rotation est qui encaissera tous les chocs pour les A-A ( : ) A A Pour compléter ces deux pièces et terminer le système de rota- le plateau tion, nous avons créer un plateau pouvant contenir un roulement à bille de 5,98 mm de diamètre. C est un parallélépipède de 8 mm d épaisseur alésé d un trou de 5,94 mm de diamètre. Cette opération est assez compliqué et fastidieuse car il est difficile de trouver un outil tel qu un foret ou un fraise de 5,9 mm de diamètre. Il faut pour cela usiner la pièce sur un tour en la montant au préalable sur un plateau, ce qui est très long car il faut centrer parfaitement la pièce afin de respecter les bonnes dimensions. Ainsi insérer dans le plateau, le pion cylindrique et donc la chape sont rentrer en serrage dans le roulement. Le plateau est aussi percer de trois trous, deux de 3 mm de diamètre dans l optique de fixer une attache d amortisseur, et un de 8 mm de diamètre pour permettre l emmanche d un cylindre de guidage. le plateau en perspective Attache d amortisseur Un autre élément a été spécialement conçu pour rattacher les suspensions au châssis et au reste de la voiture. C est une fixation en aluminium réalisée à partir d une barre que l on a usiné puis tronçonnée pour créer huit pièces similaires. Elle est 8 le pivot avant transmettre ensuite aux suspensions. Une extrémité de la pièce est emmanchée dans la chape de la roue, tandis que l autre est montée en force dans un roulement à bille d un diamètre intérieur de 0 mm. Ce pion est creux car il doit laisser passer les fils de connexion des différents capteurs. La roue est fixée à la chape au moyen d un arbre de 3 mm de diamètre traversant la roue ainsi qu un petit disque muni de fente régulièrement espacées jouant le rôle, avec une fourche optoélectronique, de capteur de vitesse. le pivot en perspective Le plateau l attache d amortisseur 5 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 9

10 La Mécanique ::La conception principalement composée d une gorge destiné à la tête de l amortisseur et d un alésage de 5 mm de diamètre. Deux trous de 3 mm de diamètre ont été percés pour permettre la fixation. Le maintien en position de la suspension et de la fixation est réalisé au moyen d un petit axe. Le blocage en translation de l axe est effectué d un coté grâce à la l attache en perspective tête de l axe et de l autre grâce à une goupille épingle fabriquée avec de la corde à piano. Cette pièce joue le rôle de liaison pivot car le débattement de l amortisseur créé une légère rotation. Le guide en translation La suspension ne jouant que le rôle d une liaison pivot glissant, il a fallu supprimer un degrés de liberté : la rotation autour de la fourche de l amortisseur. Pour cela nous avons créé un guide composer d un cylindre d aluminium de 8 mm de diamètre et d un tube en cuivre de 0 mm de diamètre extérieur et de 8 mm de diamètre intérieur. Le but étant aussi de ren- le guide forcer cette partie du mon- tage. Le cylindre peut donc coulisser librement à l intérieur du tube. Nous avons choisis du cuivre car d après une règle simple, deux métaux de couleurs différentes sont moins exposées aux frottements que deux métaux en contact de même aspect. La plaque avant Le guide est d un coté assemblé au plateau contenant le roulement et de l autre à une plaque en aluminium de 5 mm la plaque avant d épaisseur accueillant l autre partie du guide ainsi qu une autre attache d amortisseur. Les trous de la fixation de la suspension et celui du tube sont en double sur cette pièce car elle permet d assembler la roue avant droite et la roue avant gauche. Cette plaque est ensuite assembler à la partie avant du châssis. 0 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

11 L électronique Nicolas Viennot

12 L Electronique ::Introduction...:: Introduction ::... La base du montage Nous avons tout d abord fait fausse route en essayant de traiter le problème de la commande des moteurs, de la transmission radio, analogiquement. Puis nous avons découvert la puissance de l électronique numérique (autre que de quelques portes NAND en série). En effet, l utilisation de microcontrôleurs est une obligation pour les projets de robotiques, domotiques etc... Le circuit électronique devient simple, et ainsi, la facture s allège. On arrive à une miniaturisation très poussée. Le circuit est beaucoup plus fiable car les caracéristiques des composants analogiques changent au cours du temps et de la température. En bref, l électronique numérique commence véritablement à remplacer tous les circuits analogiques (chaine, radio, etc...). Ainsi nous avons du faire face au choix des microcontrôleurs, à leur programmation, à la réalisation des schémas et à la réalisation des circuits imprimés....:: Le microcontrôleur ::... ORGANISATION FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME A MICROCONTROLEUR" Unité de traitement électronique ACTIONNEUR CAPTEURS Interfaçage d'entrée Unité centrale de traitement Interfaçage de sortie OPERATEUR Signaux analogique, numérique et/ou logique Signaux numériques à traiter Signaux numériques traités Signaux analogique, numérique et/ou logique Le choix du microcontroleur On distingue familles de microcontôleurs : Les CISC (Complex Instruction Set Computer), le CPU (Central Processing Unit) possède un grand nombre d instructions, chacune d elles s exécute en plusieurs périodes d horloges. Et les RISC (Reduced Instruction Set Computer), le CPU possède un nombre réduit d instructions ainsi la vitesse d exécution est bien plus rapide qu un CISC, en effet le décodage d une instruction se fait plus rapidement puisque cette dernière est codée sur un faible nombre de bits. On peut choisir entre les DSPs, les classiques 68HC, et les PICs. Les DSP sont des microcontrôleurs très spécifiques dans le traitement du signal. Ce n est pas un choix adapté à notre projet. Les 68HC de Motorola appartiennent à la famille CISC, ils sont puissants mais lents. Ce microcontrôleur n est pas adapté puisque nous n avons pas réellement besoin de sa capacité de calcul. Les PIC de Microchip (Programmable Intelligent Controller) appartiennent à la famille RISC, ils sont très performants. Le PIC est donc un microcontôleur adapté à notre projet. MCLR/VPP RA0/AN0 RA/AN RA/AN/VREF- RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/AN4/SS VSS OSC/CLKIN OSC/CLKOUT RC0/TOSO/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC3/SCK/SCL PIC6F876/ RB7/PGD RB6/PGC RB5 RB4 RB3/PGM RB RB RB0/INT VDD VSS RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA Le Brochage du PIC6F876 Le rôle du microcontrôleur Le PIC6F876 On utilisera le PIC6F876 de la gamme Mid-Range (8 bits). Il comporte un jeu de 35 instructions, et possède une vitesse d exécution de 00ns par instruction pour une horloge fonctionnant à 0MHz. Les autres fonctionnalitées seront traitées dans la partie programmation. Ce microcontrôleur est flashable, c est à dire qu on peut le programmer autant de fois que l on veut, et non comme les OTP (One Time Programmable) que l on utilise uniquement dans la fabrication de masse, ce qui sera très utile lors du prototypage. Il possède 8Ko de ROM (le programme ne pourra donc pas éxeder 89 instructions), 368 octets de RAM et 56 octets de EEPROM (non utilisés pour notre application). Autres avantages des PICs : ils sont peu onéreux, très robustes, et bien sûr très fiables, en bref c est un outil très performant dans l électronique numérique et les systèmes embarqués. Le PIC6F876-04/SP coûte 7.90 à l unité chez Farnell ( Il est disponible en boitier. On le choisit en Le Boitier DIP-8 boitier DIP-8 et on prend la version 4MHz même si on l utilise à 0MHz (les PICs sont overclockables même si la documentation technique en prétend le contraire c est à dire que l on peut booster la vitesse d exécution du microcontrôleur). Cette version supporte des températures allant de 0 à 75, si on préfère avoir une plus grande marge, on choisira la version I (Industrial) voir E (Extended) mais nous choisirons la version commerciale. Leur environement de travail pour la programmation est gratuit et convivial. Ce type de microcontrôleur est extremement utilisé dans toute sortes d applications. TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

13 ::Le Microcontrôleur L Electronique FLASH Program Memory 3 Data Bus Program Counter 8 Level Stack (3-bit) RAM File Registers 8 PORTA RA0/AN0 RA/AN RA/AN/VREF- RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/AN4/SS Program 4 Bus Instruction reg OSC/CLKIN OSC/CLKOUT Instruction Decode & Control Timing Generation 8 Direct Addr 7 Power-up Timer Oscillator Start-up Timer Power-on Reset Watchdog Timer Brown-out Reset In-Circuit Debugger Low Voltage Programming RAM Addr () Addr MUX Indirect 8 Addr FSR reg STATUS reg ALU W reg MUX PORTB PORTC RB0/INT RB RB RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RC0/TOSO/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT MCLR VDD, VSS Timer0 Timer Timer 0-bit A/D Data EEPROM CCP, Synchronous Serial Port USART Le schéma interne du PIC6F876 et son equivalant en silicium...:: Le programmateur ::... Le programmateur standard Pour implanter un programme dans la mémoire flash, il faut un programmateur, le transfère des données se fait de manière serielle synchrone sur les pins RB6 (Horloge) et RB7 (Donnée) du microcontrôleur. Le programmateur proposé par électronique pratique (magazine nº70) fonctionne sur un port série classique. Pour piloter le programmateur de PIC, on utlise IC- Prog ( qui est un logiciel gratuit de très bonne qualitée. Il faut le configurer en programmateur JDM, sur un port série classique, la programmation s effectue sans Le programmateur alternatif Pour utiliser les pins Rx et Tx, il faut intercaler un microcontrôleur qui va se charger de convertir les données du PC pour les envoyer au PIC à programmer. On va utiliser pour cela un autre PIC6F876 même si un PIC6F84A moins cher aurait suffit. PC PIC servant d interface PIC à programmer Normes RS3 Normes TTL Le port série du PC obéit aux normes RS3, le niveau logique 0 correspond à une tension comprise entre +3V et +5V (habituellement V) et le niveau logique correspond à une tension comprise entre -3V et -5V. Pour convertir le RS3 en TTL (logique 0V 5V) on utilise le MAX3. +5V INPUT C3 l interface conviviale de icprog problèmes. Or mon ordinateur portable ne possède pas de port série, donc j ai du faire l achat d un convertisseur USB/Série. Avec ce nouveau port, la programmation ne marche pas (il s agit en fait d un bug du microcontrôleur), en effet la vitesse de commutation des pins RTS et DTS étant trop lente, le microcontrôleur décroche. C est ainsi que l utilisation d un programmateur de PICs utilisant les pins Tx et Rx du port série s avère être obligatoire. En effet, les pins Rx et Tx sont spécifiques pour l émission de donnée. DEVICE MAX0 MAX3 MAX3A MAX0 MAX3 MAX3A DIP/SO CAPACITANCE (µf) C C C V CC 5 GND 4 T OUT 3 R IN R OUT T IN 0 T IN 9 R OUT C C C C TTL/CMOS INPUTS TTL/CMOS OUTPUTS C+ V+ C- 3 C+ 4 C- 5 V- 6 T OUT 7 R IN 8 C5 6 V C+ CC V+ +0V +5V TO +0V 3 C- VOLTAGE DOUBLER 4 C+ +0V TO -0V 6-0V V- 5 C- VOLTAGE INVERTER C4 T IN 400k 0 T IN R OUT 9 R OUT +5V 400k +5V GND 5 T OUT 4 T OUT 5k 5k 7 RIN 3 R IN 8 RS-3 OUTPUTS RS-3 INPUTS Brochage et schema du MAX3 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 3

14 L Electronique ::Le Programmateur Pour programmer les PICs, il faut également une tension de 3V sur la pin MCLR, or on veut que l alimentation se fasse du port USB (5V - 500mA) pour une portabilité maximale. Donc il faut créer la tension de programmation artificiellement, j utilise pour cela un TL497A. En prenant les désignations du schéma de Texas Instrument, V I = 5V, R CL = 0Ω, L = 00µH, C T = 00pF, C O = 47µF, R est une résistance variable de 00K. Il faut régler R pour obtenir V O = 3.3V. Explications du schema Le programmateur peut programmer des PICs à 8, 6, 8, 40 broches, ainsi que des EEPROMs 4LCxx. JP3 est un connecteur pour une éventuelle carte fille (si on veut programmer des smartcard, etc...). JP4 est un connecteur pour le port série en support 3 broches, ce qui est très pratique lors du prototypage puisque je branche alternativement le port série au VI RCL 3 L TL497A CT R =. kω BASIC CONFIGURATION (Peak Switching Current = I(PK) < 500 ma) R CO VO Schéma de montage du TL497A programmateur et à la platine d expérimentation. JP est le connecteur pour l alimentation (USB). Y est le quartz qui va cadanser le PIC à 0MHz avec ses condensateurs de 8pF (il faut en choisir entre 5pF et 30pF), on aurait pu utiliser un résonateur qui inclue les 3 en. Q sert à piloter le 3V par une fonction inverseuse: si RB0 = 0V, Q est bloqué, donc VPP = 3V (R8 consomme un peu, c est pour cela que l on règle le TL497A à 3.3V) ; si RB0 = 5V, Q est passant, donc V CE = 0V et donc VPP = 0V. D, D, D3, D4 sont les leds de visualisation d état, leur résistances séries sont de 330Ω, c est suffisant pour la luminosité. De plus chaque pin du PIC ne doit pas débiter plus de 0mA, la règle est respectée Attention tout de même avec la résistance de reglage du 3V, je dis ceci en connaissance de causes : par inadvertance, le PIC a reçu 60V par la pin MCLR, ce qui l a immédiatement détruit. 0 JP J JP C3 6 u C4 u C5 0u U VCC V+ V- MAX3 R R C7 8pF C8 Y 0Mhz +5 PIC6F876-0/P +5 0 R8 VPP MCLR/Vpp Vdd OSC/CLKIN OSC/CLKOUT K R9 RA0/AN0 RB0/INT 3 RA/AN RB K 4 3 RA/AN/Vref- RB 5 4 R0 RA3/AN3/Vref+ RB3/PGM 6 5 RA4/T0CKI RB RA5/AN4/SS RB5 7 RB6/PGC D 8 D3 RB7/PGD R RC0/TOSO/TCKI 330 RC/TOSI/CPP 3 RC/CPP 4 CLK RC3/SCK/SCL 5 DATA R RC4/SDI/SDA 6 RC5/SDO D4 Vss RC6/TX/CK 9 8 Vss RC7/RX/DT C+ C- C+ C- T T GND R3 330 D C u C u Q +5 R5 0K R7 k +3 C6 47u 3 C93 00p L 00uH R4 U 0 I LIM SEN VCC F CON INH COL OUT CMPR IN SUB EMIT OUT K A NC BASE GND BASE DRV TL497AIJ JP DATA CLK VPP +5 U4 +5 DATA 7 GP0 VDD CLK 6 8 GP VSS 5 GP/T0CKI VPP 4 GP3/MCLR/VPP 3 GP4/OSC/CLKOUT GP5/OSC/CLKIN PICC5XX U OSC/CLKI VDD VPP 4 MCLR 5 OSC/CLKO 7 6 RA0 RB0/INT 8 7 RA RB 8 RA RB 9 RA3 RB3 3 0 RA4/T0CKI RB4 RB5 CLK RB6 5 3 DATA VSS RB7 PIC6C84A-0I/P 9 VPP U A0/WP VCC 7 A Test 3 6 CLK A SCL 4 5 DATA VSS SDA 4LC6 U6 OSC/CLKI VDD MCLR/VPP OSC/CLKO RC0/TOSO/TCKI RA0 RC/TOSO RA RC/CCP RA RC3/SCK/SCL RA3 RC4/SDI/SDA RA4/T0CLK RC5/SDO RA5/SS RC6/TX RC7/RX RB0/INT RB RB RB3 RB4 RB5 VSS RB6 VSS RB7 PIC6C6-0/SP CLK 8 DATA 3 VPP CLK 39 DATA 40 3 U7 OSC/CLKI MCLR/VPP RA0/AN0 RA/AN RA/AN RA3/AN3/VREF RA4/T0CKI RA5/SS/AN4 RB0/INT RB RB RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 VSS VSS PIC6C74AI/JW VDD VDD OSC/CLKO RC0/TOSI/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD/PSP RD/PSP RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 RE0/RD/AN5 RE/WR/AN6 RE/CS/AN Schema du programmateur 4 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

15 ::La Télécommande L Electronique...:: LA Télécommande ::... Description de la transmission Pour acheminer les données vers la voiture, on utilise les modules radio hybrides Aurel (l émetteur: TX-SAW 433/s-Z et le récepteur: RF 90 A-5S). La transmission doit se faire dans les sens, pour permettre des retours d informations tels que la vitesse. Ce sont des modules radio qui fonctionnent en AM (Amplitude Modulation) à la fréquence de 433.9MHz, on les utilise à 4800bps (ce qui est beaucoup pour ces modules mais presque trop faible pour notre application que L émetteur TX-SAW 433/s-z nous verrons en détails dans la partie programmation). On LE récepeteur RF 90 a-5s pourra utiliser le transceiver (module d emission et réception) XTR-869 fonctionnant en FM (Frequence Modulation) à MHz (bande moins polluée que la 433 puisqu elle n a été ouverte que récement en Europe), on pourra l utiliser à 500bps ce qui donne de plus grandes possibilités pour la gestion en temps-réel de la voiture. La portée de la transmission n a pas encore été mesurée (elle depend énormement de l accordage de l antenne, etc...) mais elle devrait être comprise à priori entre 50m et 00m. Puisque l émeteur et le récepteur fonctionnent sur la même fréquence, on ne peut les utiliser en même temps car sinon il se brouilleraient entre eux. On parle alors de transmission half-duplex, c est à dire que les interlocuteurs peuvent parler mais pas en même temps. L utilisation de antennes séparées est obligatoire si l on ne veut pas utiliser de relais spécifique Le transeiver xtr-869 (ensuite il faut piloter le relais par le port série etc...) sinon la puissance serait diffusée et donc la portée serait réduite. Description des composants Pour convertir les signaux du port série, on va utiliser le classique MAX3, les modules radios Aurel TX- SAW 433/s-Z et RF 90 A-5S. L émetteur est RF alimenté par une tension comprise entre +5V et +V, on va donc utiliser le TL497A AM puisque la télécommande tirera son alimentation à partir du port USB pour une portabilité maximale. Le schéma fonctionne très similairement au programmateur de PIC, le réglage de la tension de sortie du TL497A doit par contre se faire à V (pas plus!). On aurait pu mettre des condensateurs de découplage sur les modules radios (très sensibles) de l ordre de 00nF pour absorber les pics d intensité des circuits integrés mais la version finalisée de la télécommande sera avec le transeiver XTR-869, qui nécessite énormement de précaution comme l électricité statique de l antenne qui doit être évacuée par une bobine vers la masse au lieu de pénetrer dans le module. Il y a encore bien d autres astuces que je ne vérrais que expérimentalement avec un analyseur de spectres et autres. Le débuggage des circuit HF est très difficile puisque les facteurs de fonctionnement sont très variés comme la proximité des composants, ou encore les masses environnantes (la batterie au plomb va perturber énormement la transmission voire la bloquer totalement). TUNING DETECTOR 0 J R5 0K 3 JP3 R7 k RF AMP LF AMP COMP. JP Le schéma interne du RF 90 A-5S GND Antenna 3 GND 4 NC 5 NC 6 NC 7 NC 8 NC 9 GND RX-TX switch Preamp BPF Saw Filter +5 C6 47u +5 C3 6 u C4 3 C93 00p C5 0u R4 U 0 I LIM SEN F CON INH COL OUT CMPR IN SUB EMIT OUT NC GND TL497AIJ U VCC V+ V- R R C+ C- C+ C- T T GND u MAX3 RF Aurel RF 90 Vcc 0 Vcc Antenna 5 Vcc Test Point GND 7 GND Output GND Ampl. O.L. PLL Controlled Mixer Vcc GND GND GND K R3 330 L TX 433 Aurel TX-SAW 433 VCC A D 00uH BASE BASE DRV Input Mod Input Mod Output P Antenna P C u C u Antenna Le schéma de la télécommande SAW OSCILLATOR MATCHING NETWORK Le schéma interne du TX-SAW 433 PLL Controlled Oscillator 50 KHz IF limiter PLL Demod. Vcc Tx-Rx Tx Enable Buffer Power Supply RX-TX RX-TX Enable switch Rx Enable Slicer 8 GND 7 Vcc 6 Rx EN 5 Tx EN 4 Mod. in 3 Analog ou Data out C.D. 0 GND Le schéma interne du XTR-869 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 5

16 L Electronique ::La Voiture...:: LA VOITURE ::... UN moteur GZ-600 BB Description de l environnement La partie électronique de la voiture se compose de deux parties, une logique et une puissance. Ces deux parties sont distinctes, c est à dire que l on sépare les deux cartes électroniques, chacune d elles possède sa propre alimentation pour éviter les éventuelles perturbations des moteurs. La partie logique s alimente avec deux piles de 9 volts et la partie puissance avec la batterie au plomb de V. La voiture est équipée de moteurs GZ-600 BB à courant continu de tension nominale 9.7V. Les capteurs de vitesse sont des fourches HoneyWell (optocoupeur avec un disque à fentes entre l émetteur infra-rouge et le phototransistor). Etude de la partie puissance La courbe de charge des moteurs est établie sur une tension de 9.6V donc n est pas vraiment adapté à notre application puisqu on les sur-alimente à V. La courbe indique que si on désir un couple important, l intensité absorbée peut aller jusqu à 40A par moteur, donc 80A maximum pour les (ce que la batterie peut fournir) mais à priori, le point de fonctionnement d un moteur devrait se situer au rendement maximal, et donc la consommation nominale est en dessous de 0A. L étude de la consommation est déterminante pour le choix de nos composants. L inversion du sens de rotation des moteurs se fait traditionnellement avec un pont en H (montage à 4 transistors) mais nous allons la faire avec des relais RT (relais à contacts inverseurs). On a choisi les relais Finder 44.6 qui supportent 0A sans problèmes, pour les piloter il faut mettre un transistor qui pilote la bobine car elle consomme 00mA et le PIC ne peut en délivrer que 0. La variation de vitesse pour un moteur à courant continu se fait par modulation de largeur d impultions (PMW) un FInder 44.6 que l on verra plus en détails dans la partie programmation. Le PIC6F876 possède modules PWM et donc on ne se servira pas de contrôleurs externes. Au debut, Le pilotage des moteurs se faisait par des transistors de puissance darlington NPN, mais avec leur Vce qui avoisinent.5v, la perte est V ce * I n =.5 * 8 = W ce qui est la puissance de mon fer à souder. Ces transistors ont été évidement détruits lors de l experimentation de la carte puissance. C est pourquoi on utilise des transistors MOS qui génerent moins de pertes que les bi-polaires. On a choisit les IRL004L de International Rectifier à canal N. Ils sont de la 5ème génération de transistors HEXFETs avec une résistance R ds(on) = Ω et une intensité maximale en charge de 0A, ce qui donne une dissipation nominale en charge de R ds(on) * I n = * 64 = 0.5W (c est bien mieux). Ces transistors sont vendus dans un boitier TO-6. Pour piloter ces transistors, on utilisera une tension de V au lieu de 5V (tension délivrée par le PIC) Le boitier TO-6 car d après la courbe ci-dessous le courant passe mieux avec une tension V GS élevée donc il y aura moins de pertes. Il faut donc utiliser un driver MOS, j ai choisis le IR447 dans son boitier DIP-8, il peut piloter transisors MOS. Pour freiner, on utilisera des résistances de 0.5Ω, mais on testera si l utilisation Le boitier DIP-8 d un simple fil fera l affaire, en effet, le freinage s effectue en cours-circuitant le moteur, celui-ci fonctionnera comme une géneratrice et convertira toute l énergie d inertie en chaleur. Pour piloter le freinage, on utilisera également un relais sans oublier les diodes de roue libres qui protègent les transistors. INA INB I D, Drain-to-Source Current (A) VGS TOP 5V V 0V 8.0V 6.0V 4.0V 3.0V BOTTOM.0V PREDRV PREDRV La courbe de charge du GZ-600 BB.0V Le schéma interne du IR447 0µs PULSE W IDTH 0.0 T J = 75 C A DRV DRV V DS, Drain-to-Source Voltage (V) Vs Vs OUTA OUTB GND Une courbe du IRL004 6 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

17 ::La Voiture L Electronique U3 NC VDD +_ 6 +_ BAT_ V 4 3 A B GND NC MAX447CPA Q4 IRF04 Q5 IRF04 +_ D5 +_ +_ D4 +_ D K D K JP Q7 Q8 +_ D3 K3 Q9 JP8 Moteur Gauche JP9 Moteur Droit JP0 JP Resistances freinage R esponse time -µs P hotodarlington Phototrans istor Le schéma de Puissance de la voiture Etude de la partie logique L alimentation de la partie logique se fait en 8V, donc il 000 faut employer des étages de régulation pour obtenir le V pour les modules Aurel, et le 5V 00 pour le PIC. On utilise les régulateurs 78 et 7805 avec des condensateurs de 0µF pour 0 stabiliser la tension. On aurait pu mettre des condensateurs de découplagessur les modules Aurel et sur le PIC de 00nF mais le schéma n est pas une version finalisée (il manque le chargeur de batterie). Pour charger une batterie, il faut l alimenter avec un courant continu de 0% de sa capacitée, notre batterie faisant 7Ah, il faut lui injecter 700mA pendant une ène d heures, mais attention à ne pas trop depasser la durée, sinon la batterie risquerait d exploser. Pour faire un génerateur d intensité constante, on utilise un transistor NPN en régime d amplification, en lui fixant Load resistance - Ohms La fourche phototransistor un courant dans sa base et en utilisant une diode (une LED par exemple) avec une résistance variable en série, et donc le courant du collecteur sera constant (et réglable avec la résistance). Puisqu il fonctionne en amplificateur, la puissance dissipée est alors importante donc il faut munir le transistor d un radiateur. On pourra également utiliser un circuit intégré qui s occupera intégralement de la charge. Les ré- TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 7

18 L Electronique ::La Voiture cepteurs infra-rouge ont un temps de réponse qui dépend de leur résistances de tirage. On a choisi des KΩ pour obtenir un temps de réaction avoisinant les 0µs, ce qui semble suffisant. La vitesse de la voiture sera fonction de la fréquence du signal reçu par le PIC (nous aborderons les calculs relatifs aux capteurs de vitesses dans la partie programmation). Le PIC intègre un convertisseur analogique/numérique, on s en servira pour réaliser un testeur de batterie. Sur le schéma, R9 et R0 consituent un diviseur de tension de rapport /4 basé sur la tension de la batterie. R et R sont des résistances variables pour régler les tensions de réference à partir du 5V fixe. Si la mesure se trouve erronée, on ajoutera une faible résistance pour forcer la PIC6F876-0/P 0 MCLR/Vpp Vdd 9 0 OSC/CLKIN OSC/CLKOUT RA0/AN0 RA/AN RA/AN/Vref- RA3/AN3/Vref+ RA4/T0CKI RA5/AN4/SS Vss Vss RB0/INT RB RB RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RC0/TOSO/TCKI RC/TOSI/CPP RC/CPP RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT BAT_9 8V U +5 IN OUT GND JP JP4 JP5 JP6 JP Carte Puissance Voyants E=D= ; +(E) = +(D) = 3 +5 Moteur gauche R5 3 Moteur droit 3 Roue arriere 3 Direction R8 K Capteurs de vitesse RC RC RC3 RC4 RC5 RB RB RB3 RB4 RB5 RB6 RA4 RC0 RB0 RA5 RA0 RA RA RA3 RA4 RA5 Y C 8pF 0Mhz C 8pF RB0 RB RB RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RC0 RC RC RC3 RC4 RC5 RC6 RC7 Cerveau RF 90 Aurel RF 90 Vcc Vcc Vcc GND GND GND Antenna Test Point Output P Antenna RC7 +R TX 433 Aurel TX-SAW 433 Vcc GND GND GND Input Mod Input Mod Output 3 Emission/Reception Radio RC RA3 00K R R9 00 RA0 RA 00K R R0 6 RA R3 K Q Indicateur batterie C3 0uF U +R IN OUT GND 78 C4 0uF Alimentation Chargeur de battrie a integrer C5 0uF 3 JP3 R3 R4 R R6 R7 R8 R9 R0 Q K R 330 R K R6 330 R3 K R7 330 R4 K +5 P Antenna + BAT_ V Le schema de la carte logique dela voiture 8 TPE 00/003 - Voiture Télécommandée

19 ::Les PCBs.5 =.4 L Electronique...:: Les circuits électroniques ::... Fonctionnement de Protel Pour concevoir les PCBs (Printed Circuit Board), on utilise Protel de la companie Altium (même logiciel que pour la capture des schémas). Il intègre un système très pratique de synchronisation des PCBs et des schémas. Il intègre de complexes modules de simulation pour les circuits hautefréquence mais on ne s en servira pas dans notre application. Il faut préciser que Protel est un logiciel pouvant router des circuit bien plus compliqués que le notre, en effet il peut router des cartes mères, gérer un circuit comportant plus de 3 couches, et en faire l auto-routage intelligent, qui nous le verrons, est totalement inefficace pour notre circuit simple couche. Son environnement de travail est très convivial, l interface est soignée. Le seul défaut de ce logiciel est le prix (8000$). Les modules Aurel sur un PCB Le PCB supportant un module radio doit être très soigné. En effet, d après la documentation de Aurel, il faut établir des 38. Component Side Les dimensions du récepteur plans de masse sous l ensemble du module. Si le circuit était double face, il aurai fallut mettre un plan de masse sur la deuxième couche. Il faut également les garder à quelques centimètres des autres composants et le plus loin de tout circuit haute fréquence comme quartz et autres. Le pas des broches est de.54mm (00mil). Les = Protel ingègre des modules de simulation de PCBs la conception d un pcb avec un module aurel étamée pour avoir une hauteur de mm afin d apporter une résistance minimale pour ne pas échauffer le circuit lors de passage important d intensité. L espacement des pistes est de 0.3mm. Les PCBs ci-dessous sont à l échelle :. Pour le routage du programmateur de PIC, j ai été forcé de faire deux petits straps (en rouge) la conception d un pcb avec un module aurel dimensions des modules ont été pris en compte lors de la réalisation des librairies, de même pour les relais Finder. Le routage L auto-routeur de Protel (nommé Situs) utilise des algorythmes très complexes mais surtout utile dans un PCB multi-couche comme le lissage de pistes, la gestion des vias (trou intercouche), et bien d autres encore. Pour un circuit comme le notre, il n arrive même pas a router les 70% des pistes. Il a donc fallut faire un routage manuel sur feuille pour ensuite le porter dans le logiciel. Pour la partie logique des PCBs, on utilise une largeur de piste de 0.7mm et pour la partie puissance, on utilise une largeur de mm. Les pistes de la partie puissance seront La simulation 3D du programmateur de pic Le pcb de la télécommande à l echelle : L implantation de la télécommande TPE 00/003 - Voiture Télécommandée 9

20 L Electronique 0 ::Les PCBs Le pcb du programmateur de pic L implantation du programmateur de pic Le pcb de la carte puissance L implantation de la carte puissance Le pcb de la carte logique L implantation de la carte logique TPE 00/003 - Voiture Télécommandée